全新 10BASE-T1L 标准

引言

数据通信不仅在工业领域，在过程自动化领域也发挥着越来越重要的作用。之前的 4 mA 至 20 mA 或现场总线应用由于数据量的激增也开始遇到瓶颈，因此以太网开始成为通信标准。标准的 4 线以太网解决方案已发展为 2 线解决方案，我们称之为 10BASE-T1L，该解决方案由单对双绞线或单对以太网 (SPE) 组成。10BASE-T1L 位于物理层之上，兼容现有的 100 Mbps 或 1000 Mbps 工业以太网技术，因此可作为一种补充。

10BASE-T1L 开始标准化，尤其是在过程自动化领域，并且有可能在该领域带来翻天覆地的变化。目前，该领域的传感器和执行器通常都是通过 4 mA 至 20 mA 模拟接口或现场总线进行连接。与机械工程或工厂自动化不同，过程自动化的传感器和执行器通常与控制系统或远程 I/O 系统有一定距离。常见的距离为 200 至 1000 米或更远。

10BASE-T1L 意味着什么？

10BASE-T1L 这个名字大致解释了其含义。这里使用了电气与电子工程师协会 (IEEE) 缩写。

介质类型中的“10”是指 10 Mbps 传输速率。“BASE”是指基带信号，即只有以太网信号才能通过介质传输。“T”代表“双绞线”。数字“1”代表 1 km 范围。在这种情况下，后面跟着的“L”代表“长距离”，意味着段长可能为 1 km 甚至更长。

10BASE-T1L 可与哪些设备和机器一起使用？现有基础设施可以在多大程度上与其一起使用？

10BASE-T1L 设计用于在许多（如果不是大多数）过程自动化应用中取代 4 mA 至 20 mA 标准化信号。然而，这并不意味着通过 4 mA 至 20 mA 电流环路连接的旧款现场仪表必须更换为支持 10BASE-T1L 的现场仪表。这些传统设备可通过软件可配置 I/O (SWIO) 模块进行连接，而远程 I/O 则用作通过 10 Mbps 以太网上行链路与 PLC 连接的采集点。

软件可配置 I/O 模块具有可重新配置的模块通道，允许模块快速、轻松地远程运行，无需大量重新配线。通道可配置为电流和电压的输入或输出，或数字和模拟的输入或输出。

在某些情况下，需要通过 10BASE-T1L 为设备供电以及传输设备数据，这被定义为标准的一部分。10BASE-T1L 支持两种幅度模式：电缆长度不超过 1000 m 为 2.4 V，电缆长度不超过 200 m 为 1 V。通过采用 1.0 V 的峰-峰幅度模式，该技术还可以用于防爆环境（危险区域），并满足防爆环境严格的最大能耗要求。

10BASE-T1L 具有什么优势？

传统 4 mA 至 20 mA 与 HART® 和现场总线设备的数据带宽有限，只有几个 kbps。利用 10BASE-T1L，可实现 10 Mbps 的传输速度。这样，不仅可以传输过程值，还可以传输其他设备参数，如配置和参数化信息。未来，可以相对快速地进行日益复杂的传感器软件更新，以及故障和网络诊断（如传感器线路短路）。由于 10BASE-T1L 不再需要使用网关和变换器，配置也更简单。通过消除网关，可大大降低这些旧设备的成本和复杂性，并且可以清除这些设备产生的数据孤岛。

此外，还可以通过数据线路传输更大功率。例如：在本质安全区域（危险区域）可传输 500 mW 功率，在非本质安全区域甚至可传输高达 60 W 功率。

以太网标准（如 PROFINET、EtherNet/IP、HART-IP、OPC UA 或 ModbusTCP）和物联网协议（如 MQTT）可实现现场设备至云端的简单而强大的连接。

10BASE-T1L 是否能够与交换模块一起使用？

与标准以太网一样，使用 10BASE-T1L 时，会有支持各种网段和设备耦合的网桥。可实现不同的网络拓扑结构，并用于向连接的设备供电。在过程自动化领域，交换机通常连接至控制器、HMI 和云端。交换机允许环形拓扑结构形式的介质冗余，以提高可用性。

在过程自动化领域，与设备、传感器和执行器的连接亦称为支线，而交换机之间的连接以及至控制系统的连接则称为干线。

我可以通过“双线”实现设备供电吗？

10BASE-T1L 标准不仅提供传感器和执行器的数据通信功能，而且还提供通过信号线路供电功能。具体来说，10BASE-T1L 可以在非本质安全区域提供高达 60 W 的功率。在防爆（本质安全）区域，功率限制为 500 mW；在这种情况下，信号幅度也从标准应用的 2.4 V 减少到 1 V，以符合适用于该区域的最大能量的严格要求。然而，在本质安全区域，只能缩短传输距离。

结论

10BASE-T1L 为过程自动化提供了一个相对可靠的通信标准，与传统的 4 mA 到 20 mA 应用相比具有许多优势，包括重复使用现有基础设施的可能性。

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